體(ti) 布拉格光柵作為(wei) 緊湊的色散器件，可用於(yu) 啁啾脈衝(chong) 放大激光係統中實現脈衝(chong) 展寬或壓縮的功能，尤其是大色散量的體(ti) 布拉格光柵能夠將啁啾脈衝(chong) 展寬到數百皮秒（或將數百皮秒啁啾脈衝(chong) 壓縮至飛秒），支持了大能量超短脈衝(chong) 激光係統的運行。

體(ti) 布拉格光柵脈衝(chong) 展寬器（或壓縮器）結構緊湊、組裝便捷、調試簡單，是緊湊型飛秒激光係統的最佳色散補償(chang) 器件之一，因而奧創光子致力於(yu) 將其製作和應用技術提升到關(guan) 鍵戰略元器件的高度，體(ti) 布拉格光柵的製備工藝及相關(guan) 製備、檢測設備也是奧創光子布局的外圍關(guan) 鍵器材。

體(ti) 光柵基質熱光玻璃（PTR玻璃）的光學特性決(jue) 定了其對波長325nm的紫外光最為(wei) 敏感，因而325nm波長紫外激光器是紫外曝光刻寫(xie) 體(ti) 光柵的有效光源；傳(chuan) 統製作體(ti) 光柵的紫外光源采用波長匹配的氦鎘激光器，這種氣體(ti) 激光器使用壽命較固體(ti) 激光器短，且日常維護複雜。從(cong) 製作設備的穩定性、可靠性角度出發，奧創光子采用固體(ti) 激光方案研發了波長接近熱光玻璃吸收峰的330nm固體(ti) 紫外激光器，即將開展基於(yu) 此激光器的熱光玻璃內(nei) 部光柵刻寫(xie) 實驗。除此應用之外，波長330nm紫外激光器也是能夠在納離子導星應用中有效產(chan) 生單光子激發的光源。

奧創光子固體(ti) 激光實驗室開發的330nm波長紫外激光基於(yu) Nd:YAG激光晶體(ti) 的1319nm紅外激光輻射形成的基頻激光。該波長基頻光經過二倍頻、四倍頻過程，可輸出四倍頻的330nm紫外激光。

圖1.330nm紫外激光器實驗裝置示意圖

這種全固態紫外激光器的實驗裝置如圖1。激光器基本結構為(wei) 側(ce) 麵泵浦的直線諧振腔，內(nei) 置聲光調製器作為(wei) Q開關(guan) 實現1319nm激光的調Q脈衝(chong) 輸出，便於(yu) 提升倍頻效率。端鏡M1、M2構成激光諧振腔，其中M1是曲麵曲率半徑500mm的平凸鏡，凸麵作為(wei) 諧振腔反射腔鏡，鍍膜1319nm反射率>99.5%，900~1100nm波段反射率<0.5%；M2是曲麵曲率半徑500mm的平凸鏡，凸麵作為(wei) 諧振腔反射腔鏡，鍍膜 900~1100nm波段反射率<0.5%，1319nm反射率~90%，成為(wei) 1319nm激光諧振腔的輸出腔鏡。

設計這種雙凸諧振腔的出發點在於(yu) 提升腔內(nei) 振蕩模體(ti) 積，同時這種非穩腔可以支持較好的輸出橫模模式，實現基模激光振蕩。泵浦源采用2個(ge) 808nm側(ce) 泵Nd:YAG模塊，每個(ge) 模塊激光棒側(ce) 麵有3個(ge) 808nm半導體(ti) 激光器陣列，每一個(ge) 陣列有四個(ge) 20W功率的808nm的半導體(ti) 激光器，構成了總泵浦光功率480W的側(ce) 泵係統。側(ce) 泵Nd:YAG模塊中的Nd:YAG激光棒尺寸φ 3 mm × 80 mm，釹離子摻雜原子百分比0.6%，激光晶體(ti) 兩(liang) 端鍍覆蓋1064nm及1319nm的AR膜（R<0.2%），杜絕自激振蕩；兩(liang) 個(ge) 激光模塊之間裝有旋光90°的石英片，目的是補償(chang) 熱效應引起激光晶體(ti) 的雙折射效應。

調Q元件采用1.3um波段聲光開關(guan) 。M3是鍍金的衍射光柵，衍射效率>85%，具有高刻線密度，能夠將發射譜接近的兩(liang) 個(ge) 波長1319nm、1338nm的光線以一定的角度朝不同方向衍射，起到了選波長的作用；同時衍射光柵的偏振特性也可以作為(wei) 諧振腔內(nei) 的起偏器件，使激光諧振輸出線偏振光。將調Q重複頻率設置為(wei) 與(yu) 泵浦源的脈衝(chong) 泵浦頻率一致，在1KHz重複頻率時1319nm激光輸出功率隨側(ce) 泵模塊泵浦電流變化如圖2，輸出激光的光束質量測量如圖3，可見M2值在最大輸出功率下能夠保持在~1.60，維持了基橫模輸出，為(wei) 後續的激光諧波轉換提供了較好的光強空間分布。

圖3.波長1319nm輸出激光的光束質量測量

倍頻係統包括了二倍頻光路和四倍頻光路。期中二倍頻的基頻光聚焦透鏡f1焦距300mm，LBO1是4╳4╳45mm3LBO倍頻晶體(ti) ，采用II 類非臨(lin) 界相位匹配(θ = 1.9°, ϕ = 0°)，相位匹配溫度42℃。f1匯聚光束腰斑在LBO1晶體(ti) 中間位置，晶體(ti) 兩(liang) 端麵鍍1319nm和660nm的AR膜（R<0.2%）。

45°放置的M4平麵反射鏡鍍膜1319nm HR(R>99%)，用於(yu) 將基頻光導入倍頻光路；平麵雙色膜反射鏡M5和M6鍍以45℃入射1319nm HT(T>98%)和660nm HR（R>99%），可以濾除二倍頻過程殘餘(yu) 的紅外基頻光，保持僅(jin) 有660nm紅光進入四倍頻光路。λ/2是660nm的1/2波片，用於(yu) 調整四倍頻之前的光場偏振方向；f2和f3構成望遠鏡係統，使660nm激光束光斑減小為(wei) 原來光斑的1/2（半徑~350um）；這樣經過整形的光束入射到對660nm激光進行二倍頻的LBO晶體(ti) （4╳4╳30mm3）LBO2上，采用Ⅰ類相位匹配(θ = 90°, ϕ = 49.7°)實現四倍頻的諧波轉換。

使用石英楔形鏡wedge對穿過LBO2的紅光/紫外混雜光束進行折射，以分開兩(liang) 束光的傳(chuan) 播方向，實現分光的目的。激光功率計監測紫外光的平均功率，旋轉λ/2，使330nm四倍頻激光輸出功率最高。圖4是330nm紫外激光功率隨著1319nm基頻光功率變化動力學曲線。圖5、圖6分別是330nm脈寬及遠場光斑的測量圖、330nm紫外激光功率0.65W，能夠滿足光刻等精密幹涉曝光應用的需求。

圖6. 紫外激光光斑圖樣（可見光相機拍攝）